JP2022516736A - 直流発電機および直流電動機として作動する装置 - Google Patents

直流発電機および直流電動機として作動する装置 Download PDF

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Abstract

Figure 2022516736000001
本発明の一態様によれば、直流発電機として作動する装置が提供される。この装置では、2つの永久磁石が軸とともに回転可能に設置され、永久磁石のうちの1つの永久磁石のN極が軸に対面し、永久磁石のうちの他の永久磁石のS極が軸に対面する。1つのコイルは、永久磁石の周囲の外側に設置される。2つの二次電池がコイルに連結され、第1ダイオードのカソードが第1二次電池の正極に接続され、第1ダイオードのアノードがコイルのA端子に接続され、第2ダイオードのカソードがコイルのB端子に接続され、第2ダイオードのアノードが第1二次電池の負極に接続され、第3ダイオードのカソードが第2二次電池の正極に接続され、第3ダイオードのアノードがコイルのB端子に接続され、第4ダイオードのカソードがコイルのA端子に接続されて、第4ダイオードのアノードが第2二次電池の負極に接続される。
【選択図】図1

Description

本発明は、直流発電機および直流電動機として作動する装置に関する。具体的には、2つの永久磁石が軸とともに回転可能に設置され、1つのコイルがこの永久磁石の周辺の外側に置かれ、2つの二次電池がこのコイルに接続される。この二次電池を使用せずに軸が回転すると、回転するこの永久磁石によってこの二次電池が充電される。このコイルに電流を流す1つの装置が設置され、この二次電池がこのコイルに電流を供給するために使用される。このコイルに発生する逆起電力(back-emf)を用いてこの二次電池が充電される。
1つのリレーを用いる電子回路で、スイッチとして使われる1つのトランジスタが、このリレーの1つの端子に接続され、このトランジスタが1つの電池の負極側に接続される。このリレーに電池が接続され、遮断されると、この電池の電圧より、さらに高い電圧が瞬間的にこのリレーで発生する。ここで発生した高い電圧が、スイッチとして使われるこのトランジスタを損なう。この問題を解決するために、1つのダイオードが利用されるが、このダイオードのアノードがこの電池の負極側に接続されたこのリレーの1つの端子に連結され、このダイオードのカソードがこの電池の正極側に接続されたこのリレーの他の端子に連結される。このように、リレーで発生する電気がこのダイオードのアノードからカソ-ドに流れる。換言すれば、この電池の負極側で遮断されたリレーの端子において、瞬間的に高い電圧が発生して、この電池の正極側に接続されたこのリレーの端子で電子がこのダイオードのカソード側からアノード側に流れて、このリレーに流れる。このリレーに発生した高い電圧は、リレーにこの電池が連結され遮断されるときに発生する逆起電力(back-emf)である。
1つの電池が1つのコイルに接続されるとき、電子がこの電池の負極から正極に流れる。このコイルが電池の負極で遮断されるとき、電子は、この電池の負極からそれ以上コイルには流れずに、電子はこの電池の正極に流れ続けて、コイルの磁力によってコイル中の電子は前方に移動し続ける。このコイル中で、電子がこの電池の負極で遮断された端子側から消え始める。したがって、この電池の正極に接続された方にある電子の数と、負極で遮断された方にある電子の数は異なり、その差が変わる。両側の電子数の差は、段々大きくなって、また小さくなる。このコイルの中で発生する電子数の差が、逆起電力である。この逆起電力はますます大きくなり、両側の電子数の差が最も大きい時(即ち、電子がこのコイルの半分にだけあるとき)、ピ-クに達する。それから徐々に小さくなって消える。
1つの二次電池(二次電池-1)が1つのコイルで遮断されるとき、このコイルに発生する逆起電力によって、このコイルの電圧が瞬間的にこの二次電池-1の電圧より高くなる。二次電池-1の正極と負極が両方ともこのコイルの2つの端子で遮断されると、瞬間的にこのコイルが1つの電源になり、二次電池-1の負極で遮断されたこのコイルの端子(B端子)が正極になって、二次電池-1の正極で遮断されたこのコイルの端子(A端子)が負極になる。電子が他の二次電池(二次電池-2)の正極からこのコイルのB端子に流れることはできるが、逆に流れることはできず、また電子がこのコイルのA端子から二次電池-2の負極に流れることはできるが、逆に流れることができないと、電子が二次電池-2の正極から負極に流れて、二次電池-2が充電される。
その結果、このコイルに発生する逆起電力によってコイルが作動して、二次電池-1の消費電力が減り、二次電池-2が充電される。
特許文献1は、既存の永久磁石モーターの出力を増加させる方法を掲示する。運転中にモーターの永久磁石の磁場をより完全に利用することにより、出力の増加が達成される。この装置はモーターの外部にあるため、モーター自体を変更する必要がない。フォトインタラプタ、ホール効果センサー、FET、および2組の電池が逆起電力を利用するために用いられる。1つの電磁石に逆起電力が発生するとき、電子が1組の電池の正極からこの電磁石の1つの端子に流れて、そしてこの電磁石の別の端子から別の組の電池の正極に流れる。
特許文献2では、1つの二次電池の負極が1つの電磁石の端子で遮断される。この二次電池の負極が電磁石で遮断されるとき、この電磁石に流れた電子は二次電池の正極に流れ続ける。電磁石に発生する逆起電力によって1つのコンデンサにある電子がこの電磁石に流れて、二次電池の正極から電子がこのコンデンサとこの電磁石に流れる。この電磁石に流れた電子は二次電池の正極に流れ続ける。
米国特許第6777838号明細書 国際公開第2015/142084号
本発明の目的は2つの永久磁石と1つのコイルと2つの二次電池を用いて軸を回転させ、このコイルに発生する逆起電力を用いてこの二次電池の消費電力を減らすことである。また、この二次電池を使わないで軸が回転すると、回転するこの永久磁石によってこの二次電池が充電させることである。
本発明の一態様によれば、直流発電機として作動する装置が提供される。この装置では、2つの永久磁石が軸とともに回転可能に設置され、永久磁石のうちの1つの永久磁石のN極が軸に対面し、永久磁石のうちの他の永久磁石のS極が軸に対面する。1つのコイルは、永久磁石の周囲の外側に設置される。2つの二次電池がコイルに連結され、第1ダイオードのカソードが第1二次電池の正極に接続され、第1ダイオードのアノードがコイルのA端子に接続され、第2ダイオードのカソードがコイルのB端子に接続され、第2ダイオードのアノードが第1二次電池の負極に接続され、第3ダイオードのカソードが第2二次電池の正極に接続され、第3ダイオードのアノードがコイルのB端子に接続され、第4ダイオードのカソードがコイルのA端子に接続されて、第4ダイオードのアノードが第2二次電池の負極に接続される。
次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記装置において、前記第1ダイオードの前記カソードが前記第1二次電池の前記正極に接続され、前記第1ダイオードの前記アノードが前記コイルの前記A端子に接続され、前記第2ダイオードの前記カソードが前記コイルの前記B端子に接続され、前記第2ダイオードの前記アノードが前記第1二次電池の前記負極に接続され、前記第3ダイオードの前記カソードが前記第1二次電池の前記正極に接続され、前記第3ダイオードの前記アノードが前記コイルの前記B端子に接続され、前記第4ダイオードの前記カソードが前記コイルの前記A端子に接続され、前記第4ダイオードの前記アノードが前記第1二次電池の前記負極に接続され、1つの回転部品が前記軸に設置され、フォトインタラプタの光を繰り返し通過させて遮断させるように構成され、前記コイルに電流が流れるようにする1つの装置が設置され、前記第1二次電池の前記正極と前記コイルの前記A端子とが、第1PチャネルFETによって接続され、前記コイルの前記B端子と前記第1二次電池の前記負極とが、第1NチャネルFETによって接続され、前記回転部品によって、前記フォトインタラプタの光が通過されるときに、前記FETがONになるように構成され、前記回転部品によって前記フォトインタラプタの光が遮断されるときに、前記FETがOFFになるように構成され、前記永久磁石のうちの第1永久磁石が前記コイルの1つのL側に対面し始める位置で、前記コイルに電流を流すように前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとがONになるように構成され、前記回転部品が回転しながら下記の過程Aが実行され、前記過程Aでは、(1)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともONになって、前記第1二次電池によって前記コイルが作動され、(2)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともOFFになって、前記コイルに発生する逆起電力によって電子が前記第1二次電池の前記正極から前記コイルの前記B端子に流れるか、又は、前記コイルの前記A端子から前記第1二次電池の負極に流れ、前記第1永久磁石が前記コイルの前記L側に対面している間、前記過程Aが繰り返される、もの。
前記装置において、前記回転部品が前記軸に設置され、前記フォトインタラプタの光を繰り返し通過させて遮断させるように構成され、前記コイルに電流が流れるようにする1つの装置が設置され、前記第1二次電池の前記正極と前記コイルの前記A端子とが、前記第1PチャネルFETによって接続され、前記コイルの前記B端子と前記第1二次電池の前記負極とが、前記第1NチャネルFETによって接続され、前記第2二次電池の前記正極と前記コイルの前記B端子とが第2PチャネルFETによって接続され、前記コイルの前記A端子と第2二次電池の前記負極とが第2NチャネルFETによって接続され、前記回転部品によって、前記フォトインタラプタの光が通過されるときに、前記FETがONになるように構成され、前記回転部品によって前記フォトインタラプタの光が遮断されるときに、前記FETがOFFになるように構成され、前記永久磁石のうちの第1永久磁石が前記コイルの1つのL側に対面し始める位置で、前記コイルに電流を流すように前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとがONになるように構成され、前記永久磁石のうちの第2永久磁石が前記コイルの前記L側に対面し始める位置で、前記コイルに電流を流すように前記第2PチャネルFETと前記第2NチャネルFETとがONになるように構成され、前記回転部品が回転しながら下記の過程A及びBが実行され、前記過程Aでは、(1)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともONになって、前記第1二次電池によって前記コイルが作動され、(2)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともOFFになって、前記コイルに発生する逆起電力によって電子が前記第2二次電池の前記正極から前記コイルの前記B端子に流れるか、又は、前記コイルの前記A端子から前記第2二次電池の負極に流れ、前記第1永久磁石が前記コイルの前記L側に対面している間、前記過程Aが繰り返され、前記過程Bでは、(1)前記第2PチャネルFETと前記第2NチャネルFETとが両方ともONになって、前記第2二次電池によって前記コイルが作動され、(2)前記第2PチャネルFETと前記第2NチャネルFETとが両方ともOFFになって、前記コイルに発生する逆起電力によって電子が前記第1二次電池の前記正極から前記コイルの前記A端子に流れるか、又は、前記コイルの前記B端子から前記第1二次電池の負極に流れ、前記第2永久磁石が前記コイルの前記L側に対面している間、前記過程Bが繰り返される、もの。
もちろん、この限りではない。
本発明では、2つの永久磁石と1つのコイルと2つの二次電池を用いて軸を回転させ、このコイルに発生する逆起電力を用いてこの二次電池の消費電力を減らすことができる。また、この二次電池を使わないで軸が回転すると、回転するこの永久磁石によってこの二次電池が充電される。本発明は、電気自動車、電気飛行機、電気ボート、電気自転車、ドローン等の様々な分野で利用することができる。
図1は本発明の実施例による直流発電機として作動する装置を示す斜視図である。 図2は本発明の実施例による直流発電機および直流電動機として作動する装置を示す斜視図である。 図3はフォトインタラプタの光を通過および遮断させるために使われる1つの回転部品を示す図面である。 図4はコイルに電流を流す装置の電子回路図である。
本発明の望ましい実施例を添付した図面を参照して説明する。
図1は本発明の実施例による直流発電機として作動する装置を示す斜視図である。
図1に示すように、2つの永久磁石(101、102)が軸と一緒に回転できるように置かれ、軸は図示されていないベアリングで回転できるように置かれる。永久磁石-1、2(101、102)が180°の間隔で置かれるが、永久磁石-1(101)のN極が軸を対向し、永久磁石-2(102)のS極が軸を対向する。1つのコイル(201)がこの永久磁石の周辺の外側に置かれ、このコイルは図示されていない固定手段で固定される。
2つの二次電池(301、302)がこのコイルに接続されるが、ダイオード-1(11)のカソードが二次電池-1(301)の正極に接続されて、ダイオード-1のアノードがこのコイルのA端子に接続されて、ダイオード-2(12)のカソードがこのコイルのB端子に接続されて、ダイオード-2のアノードが二次電池-1の負極に接続されて、ダイオード-3(21)のカソードが二次電池-2(302)の正極に接続されて、ダイオード-3のアノードがこのコイルのB端子に接続されて、ダイオード-4(22)のカソードがこのコイルのA端子に接続されて、ダイオード-4のアノードが二次電池-2の負極に接続される。
軸が時計回りに回転すると、永久磁石-1(101)がこのコイル(201)の1つのL側に対向するときに二次電池-2(302)が充電されて、永久磁石-2(102)がこのコイル(201)のL側に対向するときに二次電池-1(301)が充電される。
図2は本発明の実施例による直流発電機および直流電動機として作動する装置を示す斜視図である。図3はフォトインタラプタの光を通過および遮断させるために使われる1つの回転部品を示す図面である。図4はコイルに電流を流す装置の電子回路図である。
図2に示すように、1つの回転部品(401)が軸に置かれて、図示されていない固定手段で固定される。このコイルに電流を流すためにフォトインタラプタと他の電子部品を使う1つの装置(401)が使われる。
この回転部品(401)は光を25°の間隔で通過させ、25°の間隔で遮断させる過程を3回繰り返し、その後、光を210°の間隔で遮断させる。
この回転部品(401)は二次電池-1(301)の正極をこのコイル(201)のA端子に接続して遮断するために使われ、二次電池-1(301)の負極をこのコイル(201)のB端子に接続して遮断するために使われ、二次電池-2(302)の正極をこのコイル(201)のB端子に接続して遮断するために使われ、二次電池-2(302)の負極をこのコイル(201)のA端子に接続して遮断するために使われる。
永久磁石-1(101)がこのコイル(201)のL側を対向するときにこの回転部品によってフォトインタラプタ-1(13)の光が通過されて、それからフォトインタラプタ-1(13)の光が遮断されるように、フォトインタラプタ-1(13)が設定される。
永久磁石-2(102)がこのコイル(201)のL側を対向するときにこの回転部品によってフォトインタラプタ-2(23)の光が通過されて、それからフォトインタラプタ-2(23)の光が遮断されるように、フォトインタラプタ-2(23)が設定される。
1つの装置(401)はこのコイル(201)の電流の方向を交互に変更することによって、このコイル(201)に電流を流す。図4に示すように、永久磁石-1(101)がこのコイル(201)のL側を対向すると、フォトインタラプタ-1(13)の光が通過されて、PチャネルFET-1(14)とNチャネルFET-1(15)がONになって、電子が二次電池-1(301)の負極から二次電池-1(301)の正極に流れてこのコイル(201)が作動する。しばらくしてフォトインタラプタ-1(13)の光が遮断されると、PチャネルFET-1(14)とNチャネルFET-1(15)がOFFになって電子が二次電池-1(301)の負極から二次電池-1(301)の正極に流れない。この時、このコイル(201)に逆起電力が発生して電子が二次電池-2(302)の正極から二次電池-2(302)の負極に流れる。永久磁石-1(101)がこのコイル(201)のL側を対向する間に上記の過程が3回繰り返される。永久磁石-2(102)がこのコイル(201)のL側を対向すると、フォトインタラプタ-2(23)の光が通過されて、PチャネルFET-2(24)とNチャネルFET-2(25)がONになって、電子が二次電池-2(302)の負極から二次電池-2(302)の正極に流れてこのコイル(201)が作動する。しばらくしてフォトインタラプタ-2(23)の光が遮断されると、PチャネルFET-2(24)とNチャネルFET-2(25)がOFFになって電子が二次電池-2(302)の負極から二次電池-2(302)の正極に流れない。この時、このコイル(201)に逆起電力が発生して電子が二次電池-1(301)の正極から二次電池-1(301)の負極に流れる。永久磁石-2(102)がこのコイル(201)のL側を対向する間に上記の過程が3回繰り返される。
図2に示すように、永久磁石-1(101)がこのコイル(201)のL側を対向するとき、二次電池-1(301)が防電されて、このコイル(201)に電流が流れる。このコイル(201)に発生する逆起電力によってこのコイル(201)に電流が流れて、二次電池-2(302)が充電される。このコイル(201)に電流が流れる間に、永久磁石が 時計回りに回転して、永久磁石-2(102)がこのコイル(201)のL側を対向する。
永久磁石-2(102)がこのコイル(201)のL側を対向するとき、二次電池-2(302)が防電され、このコイル(201)に電流が流れる。このコイルに発生する逆起電力によってこのコイル(201)に電流が流れて、二次電池-1(301)が充電される。このコイル(201)に電流が流れる間に、 永久磁石が 時計回りに回転して、永久磁石-1(101)がこのコイル(201)のL側を対向する。
このように、2つの二次電池(301、302)を用いてこのコイル(201)の電流の方向を交互に変更することにより、永久磁石が回転し続けて、このコイルに発生する逆起電力によってこの二次電池が充電される。
本発明はここで説明した実施例に限らず、本発明の技術思想を脱しない範囲内で様々な変形が可能であるということは本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に自明なことである。
101:永久磁石-1
102:永久磁石-2
201:コイル
301:二次電池-1
302:二次電池-2
401:回転部品
501:装置
11:ダイオード-1
12:ダイオード-2
13:フォトインタラプタ-1
14:PチャネルFET-1
15:NチャネルFET-1
21:ダイオード-3
22:ダイオード-4
23:フォトインタラプタ-2
24:PチャネルFET-2
25:NチャネルFET-2

Claims (3)

  1. 直流発電機として作動する装置であって、
    2つの永久磁石が軸とともに回転可能に設置され、前記永久磁石のうちの1つの永久磁石のN極が前記軸に対面し、前記永久磁石のうちの他の永久磁石のS極が前記軸に対面し、
    1つのコイルは、前記永久磁石の周囲の外側に設置され、
    2つの二次電池が前記コイルに連結され、第1ダイオードのカソードが第1二次電池の正極に接続され、前記第1ダイオードのアノードが前記コイルのA端子に接続され、前記第2ダイオードのカソードが前記コイルのB端子に接続され、前記第2ダイオードのアノードが前記第1二次電池の負極に接続され、第3ダイオードのカソードが第2二次電池の正極に接続され、前記第3ダイオードのアノードが前記コイルの前記B端子に接続され、第4ダイオードのカソードが前記コイルの前記A端子に接続されて、第4ダイオードのアノードが前記第2二次電池の負極に接続される、もの。
  2. 請求項1に記載の装置において、
    前記第1ダイオードの前記カソードが前記第1二次電池の前記正極に接続され、前記第1ダイオードの前記アノードが前記コイルの前記A端子に接続され、前記第2ダイオードの前記カソードが前記コイルの前記B端子に接続され、前記第2ダイオードの前記アノードが前記第1二次電池の前記負極に接続され、前記第3ダイオードの前記カソードが前記第1二次電池の前記正極に接続され、前記第3ダイオードの前記アノードが前記コイルの前記B端子に接続され、前記第4ダイオードの前記カソードが前記コイルの前記A端子に接続され、前記第4ダイオードの前記アノードが前記第1二次電池の前記負極に接続され、
    1つの回転部品が前記軸に設置され、フォトインタラプタの光を繰り返し通過させて遮断させるように構成され、
    前記コイルに電流が流れるようにする1つの装置が設置され、前記第1二次電池の前記正極と前記コイルの前記A端子とが、第1PチャネルFETによって接続され、前記コイルの前記B端子と前記第1二次電池の前記負極とが、第1NチャネルFETによって接続され、
    前記回転部品によって、前記フォトインタラプタの光が通過されるときに、前記FETがONになるように構成され、前記回転部品によって前記フォトインタラプタの光が遮断されるときに、前記FETがOFFになるように構成され、
    前記永久磁石のうちの第1永久磁石が前記コイルの1つのL側に対面し始める位置で、前記コイルに電流を流すように前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとがONになるように構成され、
    前記回転部品が回転しながら下記の過程Aが実行され、
    前記過程Aでは、
    (1)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともONになって、前記第1二次電池によって前記コイルが作動され、
    (2)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともOFFになって、前記コイルに発生する逆起電力によって電子が前記第1二次電池の前記正極から前記コイルの前記B端子に流れるか、又は、前記コイルの前記A端子から前記第1二次電池の負極に流れ、
    前記第1永久磁石が前記コイルの前記L側に対面している間、前記過程Aが繰り返される、もの。
  3. 請求項1又は請求項2に記載の装置において、
    前記回転部品が前記軸に設置され、前記フォトインタラプタの光を繰り返し通過させて遮断させるように構成され、
    前記コイルに電流が流れるようにする1つの装置が設置され、前記第1二次電池の前記正極と前記コイルの前記A端子とが、前記第1PチャネルFETによって接続され、前記コイルの前記B端子と前記第1二次電池の前記負極とが、前記第1NチャネルFETによって接続され、前記第2二次電池の前記正極と前記コイルの前記B端子とが第2PチャネルFETによって接続され、前記コイルの前記A端子と第2二次電池の前記負極とが第2NチャネルFETによって接続され、
    前記回転部品によって、前記フォトインタラプタの光が通過されるときに、前記FETがONになるように構成され、前記回転部品によって前記フォトインタラプタの光が遮断されるときに、前記FETがOFFになるように構成され、
    前記永久磁石のうちの第1永久磁石が前記コイルの1つのL側に対面し始める位置で、前記コイルに電流を流すように前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとがONになるように構成され、
    前記永久磁石のうちの第2永久磁石が前記コイルの前記L側に対面し始める位置で、前記コイルに電流を流すように前記第2PチャネルFETと前記第2NチャネルFETとがONになるように構成され、
    前記回転部品が回転しながら下記の過程A及びBが実行され、
    前記過程Aでは、
    (1)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともONになって、前記第1二次電池によって前記コイルが作動され、
    (2)前記第1PチャネルFETと前記第1NチャネルFETとが両方ともOFFになって、前記コイルに発生する逆起電力によって電子が前記第2二次電池の前記正極から前記コイルの前記B端子に流れるか、又は、前記コイルの前記A端子から前記第2二次電池の負極に流れ、
    前記第1永久磁石が前記コイルの前記L側に対面している間、前記過程Aが繰り返され、
    前記過程Bでは、
    (1)前記第2PチャネルFETと前記第2NチャネルFETとが両方ともONになって、前記第2二次電池によって前記コイルが作動され、
    (2)前記第2PチャネルFETと前記第2NチャネルFETとが両方ともOFFになって、前記コイルに発生する逆起電力によって電子が前記第1二次電池の前記正極から前記コイルの前記A端子に流れるか、又は、前記コイルの前記B端子から前記第1二次電池の負極に流れ、
    前記第2永久磁石が前記コイルの前記L側に対面している間、前記過程Bが繰り返される、もの。
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